本发明专利技术公开了一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统和方法，所述仿真设计系统包括如下四个模块：三维模型管理模块，用于创建隧道三维模型；网形布设与优化模块，用于根据实际情况布设基准点与控制点，建立三维隧道模型布设控制网，即三维控制网，并对所述三维控制网中的控制点进行优化；网形精度评估模块，用于对所述三维控制网的测量精度进行评定，根据评定结果进行三维控制网进行动态可视化分析，实现三维控制网的优化设计；成果管理模块，用于数据存储、成果输出和网络发布。并提供了一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计方法，本发明专利技术可以填补传统控制网设计时的技术缺失，建立三维控制网，动态调整网型结构，实现网形的优化设计。化设计。化设计。
【技术实现步骤摘要】
一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统和方法
[0001]本专利技术涉及测绘
，具体是一种地铁隧道监测三维控制网设计方法和仿真系统。
技术介绍
[0002]随着城市化进程的迅速发展，大中城市行人和车辆数量大幅度的增长，城市的交通压力急剧增加，地铁已发展为城市公共交通的主动脉。但在地铁施工和运营过程中，由于受到地面沉降、土体扰动、周边建筑物负载、隧道周边工程施工等外界因素的影响，会造成隧道结构产生沉降、位移、裂缝和倾斜等变形，这些变形会危害地铁安全，导致地铁存在潜在的安全隐患。为此，地铁在施工和运营过程中需要全方位的安全监测，以降低地铁运营风险，保障人民生命财产安全。地铁的安全监测是测绘工作的一部分，任何测绘工作首先需要进行控制测量。
[0003]控制测量是一切后续测量工作的基础，没有控制测量，后面的测图和施工放样等工作就没办法进行。建立控制网是控制测量的基本内容，是把测区各部分的测量工作联系起来，既起控制全局的作用，又起限制误差传递和累积的作用。工程控制网对于地铁工程建设的重要性，贯穿于地铁工程建设的各个阶段，故控制网的测量精度一般要求较高。为了保证控制网的精度，往往需要分别建立平面控制网和高程控制网，即三维的数据转化为二维的平面数据和一维的高程数据进行处理。这样既忽略了平面数据和高程数据之间的相关性、降低了数据的功效，又会影响控制网平差的质量。
[0004]随着测量技术和测量仪器的发展，相较于传统的监测手段，测量机器人凭借其测量精度高、操作简捷、作业灵活方便和数据处理的快速与准确等优势，在测绘领域得到了广泛应用。基于高精度测量机器人直接建立精密三维控制网，取代传统的将平面控制网和高程控制网分开构建模式已成为可能。
技术实现思路
[0005]专利技术目的：针对上述
技术介绍
存在的不足，本专利技术旨在提出一种地铁隧道监测三维控制网设计仿真系统和方法，本专利技术可以填补传统控制网设计时的技术缺失，建立三维控制网，动态调整网型结构，实现网形的优化设计。
[0006]技术方案：一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统，包括如下四个模块：
[0007]S1、三维模型管理模块，用于创建隧道三维模型；
[0008]S2、网形布设与优化模块，用于根据实际情况布设基准点与控制点，建立三维隧道模型布设控制网，即三维控制网，并对所述三维控制网中的控制点进行优化；
[0009]S3、网形精度评估模块，用于对所述三维控制网的测量精度进行评定，根据评定结果进行三维控制网进行动态可视化分析，实现三维控制网的优化设计；
[0010]S4、成果管理模块，用于数据存储、成果输出和网络发布。
[0011]进一步的，所述三维模型管理模块：
[0012]将不同建模软件导出的BIM模型转换成Unity软件支持的.FBX格式；
[0013]对BIM模型坐标系进行坐标换算，建立BIM模型虚拟坐标系与测量现场真实坐标系的映射关系，精确计算BIM模型在WGS84大地坐标系下的位置、姿态和缩放系数；
[0014]进行基准点模型添加和控制点模型添加；
[0015]用于动态浏览三维模型内部结构。
[0016]进一步的，网形布设与优化模块中，对所述三维控制网中的控制点进行优化内容为：
[0017]控制点范围规划，使各控制点的有效观测范围有重叠区域；
[0018]控制点可视化分析功能，使控制点间能够相互通视。
[0019]本专利技术还公开了一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计方法，包括如下步骤：
[0020]步骤1、运用三维模型管理模块，创建三维隧道模型；
[0021]步骤2、基于创建的三维隧道模型，通过网形布设与优化，建立三维隧道模型布设控制网，简称三维控制网；
[0022]步骤3、对所述步骤2建立的三维控制网进行网形精度评估，实现网形的优化设计。
[0023]进一步的，所述步骤1具体包括如下步骤：
[0024]1.1、导入BIM模型，将其转换成Unity软件支持的.FBX格式；
[0025]1.2、对BIM模型坐标系进行坐标换算；
[0026]1.3、建立BIM模型虚拟坐标系与测量现场真实坐标系的映射关系，精确计算BIM模型在WGS84大地坐标系下的位置、姿态和缩放系数；
[0027]1.4、添加基准点模型和控制点模型。
[0028]进一步的，述步骤2包括如下具体步骤：
[0029]2.1、网形仿真布设：所述网形仿真布设包括基准点布设与控制点布设；根据实际情况，采用自由设站法在三维模型上完成基准点和控制点的规划布设，建立三维控制网：
[0030]2.2、对建立的三维控制网的控制点进行优化；包括控制点范围规划和控制点可视化分析：所述控制点范围规划是指各控制点的有效观测范围应有重叠区域；所述控制点可视化分析是指控制点间应能够相互通视。
[0031]进一步的，网形仿真布设时，基准点和控制点布设的位置应符合点位布设的原则为：基准点应布设在远离变形区的稳定区域，控制点交错布置于隧道两侧，相邻的三维隧道控制点的水平距离为90m至120m。
[0032]进一步的，步骤3、网形精度评估的指标是，测量点的点位解算精度和整网解算精度是否满足给定的精度评价标准；
[0033]网形精度评估的评价方法如下：
[0034]3.1、对三维控制网测量数据仿真分析获取三维控制网中控制点的仿真测量值；所述仿真测量值，包括方位角、天顶距和斜距；
[0035]3.2、三维控制网平差解算；
[0036]采用以下步骤对仿真测量值进行改化：
[0037]3.2.1、设在控制点i使用测量机器人观测j点，则水平方向、斜距及天顶距的线性化后的误差方程为：
[0038][0039][0040][0041]式中：
[0042]为控制点的i的近似坐标，为点j的近似坐标；
[0043]δx
i
，δy
i
，δz
i
和δx
j
，δy
j
，δz
j
分别为i，j两点的坐标近似值改正数；
[0044]ρ为206265”，为定向角近似值，δω
i
为定向角近似值改正数；
[0045]为天顶距近似值，为平距近似值，为斜距近似值；
[0046]为方位角近似值，K为大气折光改正系数，R为地球平均曲率半径；
[0047]3.2.2、采取Helmet方差分量估计来进行定权：
[0048]将全站仪观测的水平方向观测值中误差m
L
定为单位权中误差，即m0＝m
L
；那么水平方向、天顶距和斜距的初始权分别如下面所示：
[0049][0050]采用下面的方差估算公式：
[0051]S
·
δ2＝W
σ
[0052]式中：
[0053][0054]S
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统，其特征在于，包括如下四个模块：S1、三维模型管理模块，用于创建隧道三维模型；S2、网形布设与优化模块，用于根据实际情况布设基准点与控制点，建立三维隧道模型布设控制网，即三维控制网，并对所述三维控制网中的控制点进行优化；S3、网形精度评估模块，用于对所述三维控制网的测量精度进行评定，根据评定结果进行三维控制网进行动态可视化分析，实现三维控制网的优化设计；S4、成果管理模块，用于数据存储、成果输出和网络发布。2.根据权利要求1所述的一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统，其特征在于，所述三维模型管理模块：将不同建模软件导出的BIM模型转换成Unity软件支持的.FBX格式；对BIM模型坐标系进行坐标换算，建立BIM模型虚拟坐标系与测量现场真实坐标系的映射关系，精确计算BIM模型在WGS84大地坐标系下的位置、姿态和缩放系数；进行基准点模型添加和控制点模型添加；用于动态浏览三维模型内部结构。3.根据权利要求2所述的一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统，其特征在于，网形布设与优化模块中，对所述三维控制网中的控制点进行优化内容为：控制点范围规划，使各控制点的有效观测范围有重叠区域；控制点可视化分析功能，使控制点间能够相互通视。4.一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计方法，所述仿真设计方法基于权利要求1
‑
权利要求3中任意一项地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统建立，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、运用三维模型管理模块，创建三维隧道模型；步骤2、基于创建的三维隧道模型，通过网形布设与优化，建立三维隧道模型布设控制网，简称三维控制网；步骤3、对所述步骤2建立的三维控制网进行网形精度评估，实现网形的优化设计。5.根据权利要求4所述的一种地铁隧道监测三维控制网设计方法，其特征在于，所述步骤1具体包括如下步骤：1.1、导入BIM模型，将其转换成Unity软件支持的.FBX格式；1.2、对BIM模型坐标系进行坐标换算；1.3、建立BIM模型虚拟坐标系与测量现场真实坐标系的映射关系，精确计算BIM模型在WGS84大地坐标系下的位置、姿态和缩放系数；1.4、添加基准点模型和控制点模型。6.根据权利要求5所述的一种地铁隧道监测三维控制网设计方法，其特征在于，所述步骤2包括如下具体步骤：2.1、网形仿真布设：所述网形仿真布设包括基准点布设与控制点布设；根据实际情况，采用自由设站法在三维模型上完成基准点和控制点的规划布设，建立三维控制网：2.2、对建立的三维控制网的控制点进行优化；包括控制点范围规划和控制点可视化分析：所述控制点范围规划是指各控制点的有效观测范围应有重叠区域；所述控制点可视化分析是指控制点间应能够相互通视。
7.根据权利要求6所述的一种地铁隧道监测三维控制网设计方法，其特征在于，网形仿真布设时，基准点和控制点布设的位置应符合点位布设的原则为：基准点应布设在远离变形区的稳定区域，控制点交错布置于隧道两侧，相邻的三维隧道控制点的水平距离为90m至120m。8.根据权利要求7所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑加柱，徐传旺，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：
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